基于新型非接觸IC卡T5557讀寫器設計

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：武漢理工大學 自動化學院   人氣： 發表時間：2011年10月20日

引言 非接觸卡根據射頻電磁感應原理產生的， 使用時無需任何接觸、快捷、不易損壞，因此廣泛的應用于各個領域。T5557 卡是美國ATMEL 公司新出品的一款感應卡，T5557是兼容e555x的RFID芯片,但又具有與e555x系列芯片不同的新性能，還有擴展模式。具有很大的應用前景。  一T5557/U2270B的特性及讀寫器的原理  （一）非接觸式T5557卡的基本性能以及其新性能 T5557是一種調諧頻率可從100 kHz 到150kHz的非接觸卡類。它有密碼設置和寫保護，其讀方式用戶可設置，可以防沖突；T5557還可內置電容可掩膜選擇，也可外配電容；它具有唯一64 位序列號，所以具有可追溯性。T5557含有 330 位的EEPROM 存儲體，分成10 塊，每塊33 位，包括LOCK 位都是可編程的。頁0的塊0 包含模式/配置數據[1]，是控制模塊，用來控制卡的各種操作特性，如同步信號，編碼方式，波特率，數據流長度，加密和口令喚醒等功能的啟用關閉等，在規則讀時不被傳送。頁0 的塊7 可以被使用作為寫保護的密碼。每塊的0 位是本塊的鎖位，一旦上鎖，本塊數據只讀，不能再被改寫。頁1 包含可追溯性數據，只讀。T5557與e5550系列的區別在于T5557增加了擴張功能。以下首先主要說明T5557的擴展功能。  1． T5557 的擴展模式[1]  一般的，block0 的bit1~bit4(Master key)被設置到”6”或”9”，和X-mode 位一起會使能擴展模式。  a) Master key=“9”：測試模式被激活，擴展模式也被使能。  b) Master key=“6”：任何測試模式都被禁止，但擴展模式仍然被使能。  c) Master key=“其它值”：擴展模式被禁止，即使X-mode 位被設置了。  1.1比特率產生器  擴展模式下，比特率是二進制可編程的，可以被控制在適合下列公式的RF/2 到RF/128 之間的任何值。比特率＝RF/(2n+2)  1.2 一次可編程選擇  如果OTP 位被設置，所有的塊被寫保護，另外此時若Master key=”6”，T5557 的操作模式會永遠被鎖（OTP），如果Master key=”9”，允許重新配置T5557 卡。  1.3反相數據輸出  T5557 在它的擴展模式支持反相數據輸出選擇。如果反相數據被使能，這個功能支持所有的基本編碼類型。  （二） U2270B基站讀寫器的性能及特點  U2270B的載波頻率fosc為100KHz~150KHz，其調制方式為曼徹斯特碼和雙相位碼。U2270B的電源供給可為5V的穩壓電源或者是12V的汽車蓄電池。它可以為RF場提供能量，其中在短距離運用時，外圍驅動電路簡單。U2270B還具有信號微調能力，而且其讀寫距離可達7－10cm。U2270B 還具有電壓輸出功能可以給微處理器或其他外圍電路供電。  U2270B 具有省電模式和STANDBY控制可選, 所以設計基站電路時可以按照功能的不同要求, 設計基站的外圍電路。  （三）總體結構設計     非接觸式IC卡是一種接口電路，它通過卡上配置的發射機應答器震蕩線圈與讀寫器震蕩線圈的耦合取得能量。通過必要的軟件配合，保證卡與讀寫器間實現雙向數據交換。  以Atmel公司的89S52單片機作為主控模塊，與系列射頻卡讀寫模塊U2270B電路共同構成了一個射頻卡讀寫器系統。At89s52單片機是一種低功耗，高性能的CMOS 8位單片機[2]。它:繼承了MCS-51系列單片機的優點。并且在指令和管腳封裝上與其他內核的51系列單片機相兼容，同時片內具有WATCHDOG功能,當程序由于某種干擾而死機時，系統可以可靠復位，保證系統的正常運行。同時支持ISP在線下載。其中讀寫器的原理圖如圖1所示。                              圖1 讀寫器的原理圖                           Fig 1 the fig of read/write base station  二．讀卡器與卡T5557的通訊及軟件編程  數據被寫到卡T5557是通過用短的gap 來中斷RF 場來實現的，兩個gap 之間時間編碼的0/1 信息要被傳送。以下采用T5557的擴展模式對卡進行讀寫軟件編程。                                     （一）非接觸IC卡的寫操作 在擴展模式下，為快速的寫操作。采取的是快寫方式Start gap 為10~50FC，與普通模  式的間隔一樣。Write gap為10~20FC。寫數據0/1，正常的是12 個場時鐘為“0”,27 個場時鐘為1，無gap32 個時鐘周期則T5557 退出寫模式[1]。在軟件編程中，采用定時器/計數器1的中斷來實現gap中斷RF場的準確定時計數。其中有四種寫命令， 其軟件流程圖如圖2所示。  在非擴展模式下，數據被寫到卡T5557與E5550 的寫模式是一致的。Gap 的持續時間通常是50～100us, Start gap 一般為10~50場周期，16~31 個場周期表示“0”，48~63個場周期表示“1”，前一次gap 以后64 個場時鐘周期沒有gap 產生，T5557 退出寫模式。如果接收的位數正確，卡開始執行命令，如發現錯誤，T5557 退出寫。  對比普通模式和擴展模式，擴展模式的寫數據要比普通模式的寫數據要節省一半的時間。節約了寫卡的時間從而提高了工作的效率。                           圖2   寫卡流程圖                           Fig 2  the flow fig of write card  （二）非接觸IC卡的讀操作 在擴展模式下，T5557 序列開始標記是一種特殊的阻尼模式，可以用來同步讀卡器。序列開始標記由兩位組成（01or10），如果在擴展模式，配置位29 被設置，序列開始標記會被插入每個要傳送的塊之前[1]。注意：相鄰的序列開始標記是相反的。在對T5557的讀卡過程中首先要讀取序列開始標記01或10后在對數據進行讀取。而T5557 的序列終結符在非擴展模式下是和E5550 兼容的，由4 個“1”位周期組成。  采用曼徹斯特碼讀取T5557的數據。位數據1對應著電平上跳，位數據0對應著電平下跳[1]。在編程序時，在位傳送周期P的1/4和位傳送周期P的3/4處讀取電平的狀態，從而確定數據位0/1。所以要準確定時計數，在的軟件編程中采用外部中斷0和外部中斷1來準確定時計數。  在此過程中要注意位傳送周期P的大小。根據資料的計算公式，以載波頻率fosc=125KHz，位傳送率為RF/32（由BLOCLK0來配置）來計算位傳送周期P=1/（125KHz*32） [1]=256us。理論上為256us，但實際在讀取過程中會有些偏差，我們通過多次實驗測量位傳送周期P，總結得出位周期的比理論上的P偏小，平均值為230 ，P的最大值為260，P最小值為190（當然我們不同的讀卡器可能對此P的大小有所影響）。把位傳送周期限制在一個范圍，從而更準確的讀取位是0還是1。否則無法正確的讀取卡上的數據。程序框圖如圖3所示。                            圖3  讀卡流程圖                            Fig 3 the flow fig of read card  三． 結語  T5557相比較于E555x增加了擴展模塊并且兼容了E555x的基本功能，又在此基礎上增加了擴展功能。在T5557的擴展模式下，節省了對卡的讀寫時間，極大的提高了效率。e5550與T5557在價格上差別不大，因此T5557的應用前景非常的樂觀。 T5557卡以及讀寫器以成功應用于智能非接觸式IC水表,并嚴格通過穩定性測試。